一种塑料注射成型工艺参数优化方法技术

一种塑料注射成型工艺参数优化方法，属于工艺参数优化方法，解决现有塑料注射成型工艺参数优化方法存在的与实际偏差较大、难以准确调整、工艺参数设置过程繁琐的问题。本发明专利技术包括初步优化步骤和再次优化步骤，初步优化步骤可以快速确立工艺参数的主次因素与因素的优水平，获得工艺参数的可成型性，所得到的工艺参数做为再次优化步骤寻优过程的初始工艺参数，大大降低了在注塑机上开展的试模次数；再次优化步骤采用学习算法在线优化，可以加速寻优的迭代过程，并保证迭代过程的收敛，通过几次试模，就可以获得最优的注射成型工艺参数。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，属于工艺参数优化方法，解决现有塑料注射成型工艺参数优化方法存在的与实际偏差较大、难以准确调整、工艺参数设置过程繁琐的问题。本专利技术包括初步优化步骤和再次优化步骤，初步优化步骤可以快速确立工艺参数的主次因素与因素的优水平，获得工艺参数的可成型性，所得到的工艺参数做为再次优化步骤寻优过程的初始工艺参数，大大降低了在注塑机上开展的试模次数；再次优化步骤采用学习算法在线优化，可以加速寻优的迭代过程，并保证迭代过程的收敛，通过几次试模，就可以获得最优的注射成型工艺参数。【专利说明】
本专利技术属于工艺参数优化方法，特别涉及。
技术介绍
塑料注射成型是使塑料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或螺杆推挤到闭合模具的模腔中冷却固化成型，获得塑料制品。塑料注射成型的设备是注塑机。在塑料注射成型生产过程中，影响塑料制品质量的因素多而复杂，包括原材料、注塑机、模具和成型工艺，但是在原材料、注塑机、模具等确定之后，决定塑料制品质量的最主要因素是成型工艺。成型工艺参数也成为控制注塑制品质量最快捷、成本最低的因素。因此调节和优化注塑成型工艺参数，对于获得具有稳定高质量的注塑制品意义重大。注塑机工艺参数设置与优化方法主要靠试模，传统的试模采用尝试法，即根据经验不断进行参数尝试，它严重依赖于人的经验与水平、复杂工艺控制能力差，导致生产效率低、成品率低、重复精度差、质量难以保证。现有注塑机工艺参数优化方法有:(I)根据高分子流变学等理论提出的有限元、边界元等数值模拟软件，如华中科技大学研发的塑料注射成型模拟软件HSCAE，以及Autodesk公司的HSCAE软件等，虽然可以获得推荐和优化的工艺参数，但是存在计算效率低、生产实践中材料、制品、模具信息残缺等问题，并且优化获得的工艺参数必须人工输入到注塑机中。(2)试验设计的方法，如正交试验设计，该方法可以很好的减少实验次数，但是该方法只能限定在已定的水平上，而不是一定试验范围内的最优方案，在实际的注射成型生产过程中操作过程繁琐。(3)专家系统，如人工神经网络、实例推理、规则推理等，但是这些方法存在样本收集的瓶颈，正确而充足的学习样本才能保证神经网络的性能。此外，上述方法均为离线获得工艺参数，主要缺陷是工艺参数的设置与优化不是在试模现场同步进行，不能有效考虑室温、冷却水温等外部环境、液压油泵油温、机器损耗、传动机构疲劳等机器差异等产生的工艺参数与产品质量之间的呈现的时变性关系问题。离线获得的工艺参数与实际偏差较大，难以准确调整，工艺参数设置过程也繁琐。为了理解本专利技术，以下对有关概念加以解释:制品流长:是指从浇口到制品流动最末端的最长长度。流道长度:流道长度是喷嘴到浇口的最长长度。流道重量:整个流道系统的总重量。制品总重量:一个模具中制品的总重量，为单个制品重量乘以一个模具中制品的数量。投影面积:沿着开合模的方向，制品和流道所占的面积。水路数量:模具冷却水路的条数。体积力:体积力为穿越空间作用在所有流体单元上的非接触力，如重力、惯性力、电磁力等。源项:是一个广义量，它代表了那些不能包括到控制方程的非稳态项、对流项与扩散项中的所有其它各项之和。短射:又称欠注、充填不足、制件不满、走胶不齐等，是指型腔未完全充满，使得制件不饱满，外形残缺不完整。气泡:制品内部形成体积较小或成串孔隙的现象。缩水:又称缩痕、收缩等，是指制品表面不平整，向内产生浅坑或陷窝。熔接纹:又称熔接痕、熔接不良、熔合缝、缝合线等，是指各塑料熔体前端相遇时在制品表面形成的一条线状痕迹。熔合纹不仅影响制品的外观形象，而且影响制品的力学性倉泛。波流痕:塑件表面产生以浇口为中心的年轮状、螺旋状或云雾状的波形凹凸不平的现象。飞边:又称溢料、溢边、毛边、批锋等，是指在模具的不连续处(通常是分模面、排气孔、排气顶针、滑动机构等)过量充填造成塑料外溢的瑕疵。翘曲:是指制品产生旋转或扭曲现象，平坦的地方有起伏，直边朝里或朝外弯曲或扭曲。烧焦:又称糊斑、黑斑、黑纹等，是指在制品表面出现的暗色点或暗色条纹。黑斑与黑纹是相同类型的瑕疵，只是烧焦的严重程度不同而已。顶白:塑件的顶出部位有比较明显的白化现象，即出现霜状微细裂纹。WLF-Cross模型七参数=WLF-Cross模型是一种常用的用来描述温度、剪切速率、以及压力对粘度影响的模型，其表达式为:【权利要求】1.，包括初步优化步骤和再次优化步骤，其特征在于: (I)初步优化步骤，包括下述子步骤: (1.1)确定工艺参数及其取值范围: 所述工艺参数包括熔体温度tm、模具温度^、注射速率V、保压压力P、保压时间％、冷却时间tc; 熔体温度Tp和模具温度Tm取值范围与制品材料类型相对应，从塑料数据库中确定；所述制品材料类型以塑料类别、牌号、生产厂家表示； 注射速率V、保压压力P、保压时间tp、冷却时间t。的取值范围，根据制品材料类型和模具特征，从实例数据库中通过相似度查询获得； 所述模具特征包括制品流长、制品最大壁厚、制品重量、浇口数量、流道长度、流道重量、投影面积、水路数量、单位流量； 所述塑料数据库包括若干条记录，每条记录包括塑料类别、牌号、生产厂家、最小注射温度、最大注射温度、推荐注射温度、最小模具温度、最大模具温度、推荐模具温度、最大剪切应力、最大剪切速率、熔融密度、固态密度、比热容、顶出温度、热传导系数、推荐背压、推荐螺杆线速率以及WLF-Cross模型七参数，各条记录来源于塑料生产厂家提供的塑料物性表或者塑料注射成型CAE仿真软件的塑料数据库； 所述实例数据库包括若干条记录，每条记录包含模具特征、制品材料类型以及相应的V、P、tp、t。的取值范围，各条记录来源于塑料注射成型CAE仿真软件的工艺窗口模块的分析案例或者注塑成型生产厂家实际生产过程中的成功案例； (1.2)正交试验设计: 以待优化的6个工艺参数Tp、Tm、V、P、tp、t。为因素，将每个工艺参数的取值范围分为5水平，采用6因素、5水平的正交试验表L25 (56)，确定用于模拟计算的25组工艺参数组合，其中:L为正交表的符号，25为正交表的行数、表示试验次数，5为正交表中的因素的水平数，6为正交表的列数、表示实验因素的个数； (1.3)模拟计算获得成型质量值，包括下述过程: (1.3.1)判断制品的几何图形文件是否存在，是则对几何图形文件中的几何模型进行网格剖分；否则根据制品的体积、制品的平均壁厚、制品流长、浇口数量、流道长度，构造制品的代理几何模型，对代理几何模型进行网格剖分；所述制品的几何图形文件由用户自己设计或者模具制造厂家提供； (1.3.2)查询塑料注射成型CAE仿真软件的注塑机数据库中是否存在注塑成型生产厂家实际生产中所使用的注塑机，是则将该注塑机作为模拟计算所用的注塑机，否则，在塑料注射成型CAE仿真软件的注塑机数据库中添加注塑成型生产厂家实际生产中所使用的注塑机，再将其作为模拟计算所用的注塑机； 所述注塑机数据库包括若干条记录，每条记录包括注塑机型号、生产厂家、最大注射量、最大注射速率、最大注射压力、最大保压压力、最大注射行程、最大锁模力、螺杆直径、最大螺杆转速，各条记录来源于注塑机生产厂家提供的机器参数； (1.3.3)根据所确定的各组工艺参数组合确定边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塑料注射成型工艺参数优化方法，包括初步优化步骤和再次优化步骤，其特征在于：(1)初步优化步骤，包括下述子步骤：(1.1)确定工艺参数及其取值范围：所述工艺参数包括熔体温度Tp、模具温度Tm、注射速率V、保压压力P、保压时间tp、冷却时间tc；熔体温度Tp和模具温度Tm取值范围与制品材料类型相对应，从塑料数据库中确定；所述制品材料类型以塑料类别、牌号、生产厂家表示；注射速率V、保压压力P、保压时间tp、冷却时间tc的取值范围，根据制品材料类型和模具特征，从实例数据库中通过相似度查询获得；所述模具特征包括制品流长、制品最大壁厚、制品重量、浇口数量、流道长度、流道重量、投影面积、水路数量、单位流量；所述塑料数据库包括若干条记录，每条记录包括塑料类别、牌号、生产厂家、最小注射温度、最大注射温度、推荐注射温度、最小模具温度、最大模具温度、推荐模具温度、最大剪切应力、最大剪切速率、熔融密度、固态密度、比热容、顶出温度、热传导系数、推荐背压、推荐螺杆线速率以及WLF‑Cross模型七参数，各条记录来源于塑料生产厂家提供的塑料物性表或者塑料注射成型CAE仿真软件的塑料数据库；所述实例数据库包括若干条记录，每条记录包含模具特征、制品材料类型以及相应的V、P、tp、tc的取值范围，各条记录来源于塑料注射成型CAE仿真软件的工艺窗口模块的分析案例或者注塑成型生产厂家实际生产过程中的成功案例；(1.2)正交试验设计：以待优化的6个工艺参数Tp、Tm、V、P、tp、tc为因素，将每个工艺参数的取值范围分为5水平，采用6因素、5水平的正交试验表L25(56)，确定用于模拟计算的25组工艺参数组合，其中：L为正交表的符号，25为正交表的行数、表示试验次数，5为正交表中的因素的水平数，6为正交表的列数、表示实验因素的个数；(1.3)模拟计算获得成型质量值，包括下述过程：(1.3.1)判断制品的几何图形文件是否存在，是则对几何图形文件中的几何模型进行网格剖分；否则根据制品的体积、制品的平均壁厚、制品流长、浇口数量、流道长度，构造制品的代理几何模型，对代理几何模型进行网格剖分；所述制品的几何图形文件由用户自己设计或者模具制造厂家提供；(1.3.2)查询塑料注射成型CAE仿真软件的注塑机数据库中是否存在注塑成型生产厂家实际生产中所使用的注塑机，是则将该注塑机作为模拟计算所用的注塑机，否则，在塑料注射成型CAE仿真软件的注塑机数据库中添加注塑成型生产厂家实际生产中所使用的注塑机，再将其作为模拟计算所用的注塑机；所述注塑机数据库包括若干条记录，每条记录包括注塑机型号、生产厂家、最大注射量、最大注射速率、最大注射压力、最大保压压力、最大注射行程、最大锁模力、螺杆直径、最大螺杆转速，各条记录来源于注塑机生产厂家提供的机器参数；(1.3.3)根据所确定的各组工艺参数组合确定边界条件，采用有限元方法、有限体积方法或有限差分方法求解制品的几何模型或代理几何模型的NS方程，获得每组工艺参数组合的模拟计算结果，模拟计算结果包括最大压力降最低流前温度最大剪切速率最大剪切应力τmax和最长冷却时间制品的几何模型或代理几何模型的NS方程：∂(ρui)∂t+∂(ρujui)∂j=∂τij∂j+fi]]>∂ρ∂t+∂(uiρ)∂i=0]]>ρC(∂T∂t+ui∂T∂xi)=Φ+∂∂xi(k∂T∂xi);]]>式中，ρ为塑料熔体密度，ui为塑料熔体在i方向的速率分量，uj为塑料熔体在j方向的速率分量，τij为塑料熔体在i‑j平面粘性应力，fi为塑料熔体在i方向所受体积力，i＝1、2、3，j＝1、2、3，其中1为空间直角坐标系X方向，2为空间直角坐标系Y方向，3为空间直角坐标系Z方向；T为温度，t为时间，C为塑料熔体比热容，k为塑料熔体导热系数；Φ为源项；(1.3.4)计算各组工艺参数组合的成型质量值；根据各组工艺参数组合模拟计算结果得到的和得到各组工艺参数组合的成型质量值Qr：Qr=ω1Pmaxd+ω2Tminf+ω3r·max+ω4τmax+ω5tmaxc,]]>第r组工艺参数组合的组序号r＝1、2、…、25，权值ω1、ω2、ω3、ω4、ω5均在范围(0，1)内任意取值；(1.4)确定因素次序以及理论最优工艺参数组合，包括下述过...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张云，周华民，李德群，崔树标，黄志高，高煌，朱伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42